אחריות כלכלית של תגובה מהירה Breeder במאה ה-21

מגיבים מהירים (FBRs) מייצגים שיעור של טכנולוגיית זעזוע גרעיני המציעה את היכולת התיאורטית לייצר חומר פיזקל יותר מאשר זה צורכת.לעתים קרובות מתואר כ ⁇ של יעילות מחזור דלק, FBRs נחקרו, אבטיפוס, ופורסים בכמה מדינות במהלך ששת העשורים האחרונים.

עם הביקוש לחשמל הגלובלי שדרש לגדול בכמעט 50% עד שנת 2050, והדחיפות לדהום את ייצור החשמל, האנרגיה הגרעינית – ובמיוחד הטכנולוגיה הצומחת – התגברה על הנושא של דיון רציני במדיניות.עם זאת, הכלכלה של FBRs מורכבת, סיבולת עם עלויות מחזור דלק, עיבוד מחדש של תשתיות בטיחות, ותחרות מאנרגיות מתחדשות וגז טבעי.

כמה מהר מגיב ברדר עובד ומדוע הם חשובים

בניגוד לכורים קונבנציונליים של מים קלים (LWRs) שמשתמשים בדלק איטי (thermal) כדי לשמור על סדקים, FBRs לפעול עם נויטרונים מהירים ובדרך כלל להשתמש בדלק תחמוצת מעורב (MOX) המורכב plutonium ו אורניום.התועלת העיקרית: כמו כור גרעינים, הוא יכול להמיר non-fisilesilesile-238 לתוך pleluium 2x בצריכת דלק גדולה של חניכיים -2x.

בתיאוריה, FBRs יכול להפיק כ 70 פעמים יותר אנרגיה אורניום מאשר LWRs, מה שנחשב כיום פסולת לתוך משאב יקר.זה מרחיב באופן דרמטי את החיים של עתודות אורניום ידועות - מ -100 שנים בשיעורי השימוש הנוכחי לאלפים שנים אם הטכנולוגיה של מגדלים מאומצת באופן נרחב, FBRs יכול לשרוף את האיזוטופים הטרנסאורטיים ארוכי טווח הנוכחי בדלק LWR, ובכך להפחית את נפח האנרגולוגי של סין דורש אנרגיה גרעינית, כולל אנרגיה גרעינית, כולל אנרגיה גרעינית, כולל אנרגיה מתקדמת, כולל אנרגיה, אשר דורשות, כגון אספקת אנרגיה גרעינית, כולל אנרגיה מודרנית, כולל אספקת דלק לטווח ארוך טווח, כולל סין, כולל אספקת דלק, כולל אספקת אנרגיה, 000, כולל אספקת אנרגיה, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, כולל אספקת אנרגיה לטווח ארוך טווח, כולל אנרגיה גרעינית, כולל אספקת אנרגיה גרעינית, כולל אספקת אנרגיה לטווח ארוך טווח, כולל אספקת אנרגיה, כולל אספקת אנרגיה גרעינית, 000, 000 שנים, 000, כולל אספקת אנרגיה, כולל אספקת אנרגיה לטווח ארוך טווח, כולל אספקת אנרגיה, 000, 000, 000, כולל אספקת אנרגיה מתחדשת, 000, 000 שנים, 000 שנים

הפיזיקה של Breeding

ספקטרום נויטרונים מהיר מצמצם את לכידת נויטרונים על ידי מוצרי פשפשול וממקסים את ההסתברות להמיר U-238 ל-Pu-239. הליבה הכור קומפקטי, ללא מתווך (מים או גרפיט), והוא קריר על ידי חומר שאינו איטי יחסית נויטרונים - איטי של נתרן נוזלי, להוביל, או גלקטי מוביל-ביו-מנטלית גבוהה יותר, מאפשר יעילות גבוהה יותר של חומרים כגון מגנטיים, אך גבוהה יותר, אך יעיל יותר, כגון מגנטיים, כגון חומרים, אך יעיל יותר, כגון מגנטיים, אך יעיל יותר, כגון, כגון מגנטיים מגנטיים מגנטיים, אך יעיל יותר, אך יעיל יותר, כגון, 000, 000, כגון, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000, 000, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000, 000, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר

אתגרים כלכליים עומדים בפני מגיבים מהירים

למרות היתרונות הממריצים של מחזור הדלק, FBRs נאבקו להשיג תחרותיות כלכלית.הסיבה היא רב פנים וגזע מעלויות הון גבוהות, מורכבות תפעולית, ניסיון מסחרי מוגבל, ותחרות עזה מפני חלופות זולות יותר.

עלויות ההון הגבוה ביותר

FBRs הם מורכבים יותר מאשר LWRs. הם דורשים: (1) כלי כורים המסוגלים לטפל מתכת נוזלית עתירה גבוהה קירור, (2) לולאה נתרן (או לולאה מובילה) עם חילופי חום ביניים, (3) גנרטורים קיטור כי חייב לעמוד בפני תגובות נתרן מים, (4) כלי מתקדם ושליטה עבור ספקטרום נויטרונים מהירים, (5) ייצור דלק ושיקום למחזור מסחרי קרוב של 700,000 $ ל- 000 $ לחודש עבור עלויות דלק - 000 $ לחודש עבור $ 1 - 000 $ לחודש עבור $ לחודש.

עלויות תפעול ותחזוקה

FBRs חייב לפעול בטמפרטורות גבוהות יחסית (500-550 מעלות צלזיוס עבור עיצובים נתרן-קולקים) כדי להשיג יחסי גידול נאותים.זה מוביל למחיצת חומר, קורוזיה, ולחצים תרמיים. Sodium מגניב מגיב באלימות עם מים ואוויר, הדורשים כיסוי קפדני ומערכת גז חשאית סגורה יותר.

ניסיון מסחרי מוגבל וסקר סיכונים

רק קומץ של FBRs הגיעו למבצע חשמל מלא.הדוגמאות העיקריות כוללות:

  • (FLT:0) רוסיה BN-600FLT:1 (560 MWe, נתרן-קולק, תפעולי מאז 1980) - הארוך ביותר התפעולי FBR בעולם.
  • (ב) [15] [15] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ויקרא י"א): "ה' (ב')' (ב' ויקרא י') ו'[[1924]]' (ב[[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]
  • [01:0] מוניגרופל [ה] יפן [400]:280 מ'אנו, פעלו ללא הפסקה מ-1994 עד 10, נסגרו לצמיתות בשנת 2016).
  • (FLT:0) U's EBR-IIFIRLT:1 (62.5MWt, מופעל 1964–1994 במעבדה הלאומית איידהו.

אף אחד מאלה לא נבנה בשוק מסחרי בלבד, תחרותי ללא סובסידיות ממשלתיות כבדות. כתוצאה מכך, ספקים ושירותים עומדים בפני מחסור בעיצובים סטנדרטיים, רשתות אספקה מוגבלות, וכוח עבודה עם מומחיות ספציפית FBR.

תחרות: Lower-Carbon Alternatives

במאה ה-21, הנוף האנרגיה נשלט על ידי עלויות נופלות במהירות של כוח סולארי ורוח, בשילוב עם אחסון סוללות.עלויות ממודרגות עבור PV השמש צנחו ב -90% מאז 2010, בעוד הרוח החוף נמצאת כעת מתחת ל $03 /kWh באזורים רבים. גז טבעי, עם מחירים נמוכים מייצור פצח פחמן, נשאר גיבוי גמיש.

היתרונות הכלכליים הפוטנציאליים של תגובה מהירה של ברדר

התומכים בטכנולוגיית FBR טוענים כי התמונה הכלכלית משתנה באופן דרמטי כאשר שוקלים את ערך מחזור הדלק המלא והטבות אסטרטגיות לטווח ארוך. חלק מהיתרונות הללו הם ניתנים לכמת; אחרים הם יותר ויותר חשובים לביטחון אנרגיה וקיימות.

הרחבה דרמטית של משאבי אורניום

עם יחסי הרבייה מעל 1.0, כל קילוגרם של אורניום טבעי בשימוש ב- FBR יכול בסופו של דבר להניב 60-100 פעמים יותר אנרגיה מאשר אותו קילוגרם ב LWR. זה אומר שגם עם עתודות אורניום ידועות של היום - כ-6 מיליון טון ב $30 / ק"ג או פחות - הבסיס מתרחב ביעילות לשווי של מאות שנים של ביקוש חשמל גלובלי.

ניכוי והימנעות מעלויות המסירה

דלק Spent LWR מכיל תערובת של מוצרי פשידה ואיזוטופים טרנסאורניים (plutonium, americium, curium) שנשאר רדיואקטיביים במשך עשרות אלפי שנים. במחזור דלק סגור באמצעות FBRs, אלה transuranics יכול להיות נשרף כמו דלק, מה שממיר אותם לתוך מוצרים קצרים יותר של בזבז זמן.

שלושה דרכים לשיפור הכלכלה

כמה אסטרטגיות עיצוב ואסטרטגיות תפעוליות יכולות לשפר את יכולת הצמיחה הכלכלית של FBRs:

  • (FLT:0) יחסי גידול גבוהים יותר (above 1.3) מאפשרים להכפיל מהיר יותר של אספקת דלק, צמצום הצורך אורניום טרי או פלוטוניום. דלקים מתכתיים מתקדמים או ליבות מתכת יכול להשיג כוויות גבוהות יותר וגידול יעיל יותר.
  • (FLT:0) מערכות בטיחות פאסיביות (FLT:1) להפחית את הצורך במערכות בטיחות פעילות ופסולת יקרה. Sodium-cooled FBRs יכול להיות חזק חסכוניים נטולי אפקטיביות ומנגנונים סגורים בתוך תנאי אובדן זרימה.
  • (FLT:0) הקצאת עיבוד ודלק בגלימות FLT:1 מצמצם את התחבורה של חומרים הקשורים פלוטוניום ולהפחית את עלויות האבטחה.מחזור דלק סגור באתר יחיד (למשל, הרעיון של תגובה מהירה משולבת בארה"ב) יכול להוריד עלויות דלק שוליות עד 20-40% בהשוואה לשיפוץ מרכזי.

חוויות ושיעורים בינלאומיים למדו

רוסיה: מנהיג מסחרי מעשי

רוסיה מפעילה את FBRs המסחרי היחיד בעולם - BN-600 ו- BN-800. שניהם חלק מ תחנת הכוח הגרעינית Beloyarsk באורלטס.The BN-600 השיגה גורם לקיבולת חיים סביב 75%, אשר תחרותי עם מערב LWRs. רוסיה משלבת באופן מפורש את FBRs לתוך מחזור דלק סגור, באמצעות דלק מוטבע מתוכניות רדיו-RUSDUS, אשר נבנות כיום עלות של חיל האוויר האמריקאי, כמו גם עלות של LWR.

הודו: אימפולס אסטרטגי

תוכנית הגרעין של שלושת השלבים בהודו מיועדת במפורש סביב FBRs כמו השלב השני, לאחר כורי מים כבדים של אורניום ממונע (PHWRs) ולפני כורים המבוססים על thorium. 500 MWe Prototype Fast Breeder Reactor (PFBR) ב Kalpakkam, תחת בנייה מאז 2004, צפוי להתחיל לפעול באמצע שנת 2020 יש השפעה מקומית מוגבלת על ידי קרן אנרגיה מוגבלת על ידי Fium - 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 עבור מטרות.

צרפת ויפן: תוכניות שאפתניות חותכות

סופרפיניקס בצרפת (1200 MWe) היה הגדול ביותר FBR שנבנה אי פעם.זה סבל מדלפי נתרן, כשלים חשמליים ועלויות תפעול גבוהות, ונסגר ב-1998 רק לאחר 13 שנים של פעילות - למעט חיי העיצוב שלה.ההשקעה הכוללת עלתה על 10 מיליארד יורו (בשנות ה-90), מה שהפך את אחד הפרויקטים הגרעיניים היקרים ביותר אי פעם.

מדיניות FBR Deployment

בהתחשב בעלויות ההון הגבוהות ובזמנים מובילים ארוכים, לא יהיה שום תועלת פרטית לבנות FBR מסחרי ללא תמיכה ממשלתית משמעותית.הכדאיות הכלכלית של FBRs במאה ה-21 תהיה תלויה במכשולים מדיניות ששווים את התכונות הייחודיות שלהם - אבטחת דלק, צמצום פסולת וכוח עומס פחמן נמוך.

מחירי הפחמן ותקני אנרגיה נקייה

אם העלות החברתית של פחמן מוכנסת באמצעות מס פחמן או מערכת סחר, כוח גרעיני (כולל FBRs) הופך תחרותי יותר.מחיר של 50 $ 100 $ ל טון CO2 יוסיף $ 0.103 $- $0.06 /kWh בעלות של גז טבעי, אשר עשוי להפוך את FBRs עלות ללא עומס גזים.

הבטחת הלוואות ממשלתית ותמיכה בבנייה

תכנית הבטחת ההלוואה של משרד האנרגיה בארה"ב, יחד עם אלה בבריטניה, קנדה ודרום קוריאה, יכולה להפחית את עלות החוב לפרויקטים גרעיניים ראשונים מסוג A-of-a-kind. for FBRs, ערבויות כאלה יהיו חיוניות למשוך השקעות פרטיות. בדומה, שיתוף עלויות עבור אישור עיצוב ורישיון רגולטורי - אשר יכול לעלות על 500 מיליון דולר עבור סוג חדש של כור - יהיה נמוך יותר.

השקעה ב-Fallow Cycle

מחסום כלכלי מרכזי הוא חוסר תשתיות עיבוד מסחרי ברוב המדינות.בניין צמח עיבוד מחדש המסוגל לטפל ב-FBR הוציא עלויות דלק של כמה מיליארד דולר.מדיניות הלאומית שמטפלת בדלק כמשאב ולא בבזבוז - וכי הקרן לעיבוד מחקר, הדגמה, ובסופו של דבר צמחים מסחריים - תשפר באופן ישיר את הכלכלה FBR.

שיתוף פעולה בינלאומי בעיצובים סטנדרטיים

אף מדינה אחת לא נושאת את מלוא העלות של פיתוח FBR לבדה.הקונסורציה הבינלאומית - שהוקמה על פרויקט ההיתוך של ITER - עשויה לפתח ולרישיון FBR בגודל בינוני סטנדרטי (300–600 מ') כזה כור יכול להיות בנוי במדינות מרובות, נהנה ממשטחי למידה.

מפת דרכים לעוצמה כלכלית: Key Milestones

בעוד ש-FBRs אינם תחרותיים מבחינה כלכלית כיום, קיים מסלול ריאלי להשגת יכולת עד אמצע המאה.הצעדים הדרושים כוללים:

  1. (FLT:0) Demonstrate אמין לטווח ארוך פעולה 1 של FBR המחובר לרשת עם גורם קיבולת מעל 85%, בדומה ל-LWRs המודרניים. BN-600 כבר הראה כי זה אפשרי, אבל יותר דוגמאות יש צורך.
  2. (FLT:0) ,Reduce הון עולה על ידי 30–50%,3,003 , באמצעות עיצוב פשטות, בנייה מודולרית, אפקטים למידה מבניין יחידות מרובות, ותחרות בין ספקים.
  3. (FLT:0) ,Establish a Commercial דלק סגור: 1 (FLT) עם מתקן עיבוד בקנה מידה גדול אחד המספק דלק למספר רב של FBRs.זה יאפשר עלויות דלק להיות מוקרן על פני צי.
  4. (FLT:0) אינטגרראט עם ייצור מימן או חום תעשייתי חום התחממות כדור הארץ 1 כדי לשפר את גורמי העומס ואת זרמי ההכנסות. FBRs יכול לספק חום עתיר גבוה (500-600 ° C) עבור מינו אלקטרוליטיזה או ייצור דלק סינתטי, הוספת מקור הכנסה לא חשמליים.
  5. (FLT:0) ,Develop מקרה בטיחות חדש עבור כורור מהיר (FLT) 1 מדגיש תכונות בטיחות טבועות - כגון הסרת חום עששת ופשיטות תגובה שליליות - לפשט את הרישוי ולהקטין עלויות רגולטוריות.

ההתאחדות הגרעינית העולמית:0. [ההתאחדות הגרעינית העולמית] מציין כי FBRs נשארים "הטכנולוגיה המבטיחה ביותר לאנרגיה גרעינית בת קיימא" אבל "הדה-התעופה דורשת מדיניות ממשלתית תומכת ופרספקטיבה ארוכת טווח" מספר חברות פרטיות - כולל TerraPower בארה"ב (ש פיתחה את ה-Motrium-cooled fast with molten מלח) ו-Hitas מקדם את עלויות האבטחה המתקדמות הללו, כמו Regensation Uulatory, כמו , כגון RANulatory, כגון , , מנגנוני אבטחה מתקדמים, כגון RANS, .

מסקנה: נכס אסטרטגי עבור עולם מבוזר

הכדאיות הכלכלית של כורים מהירים במאה ה-21 אינה שאלה בינארית – תלוי במסגרות הזמן, בסביבת המדיניות, ובשווי החיצוניות. בעולם שבו דלקים מאובנים נשארים זולים ופחמן אינו עולה, FBRs יאבקו להתחרות.אבל בעולם אשר התחייבה לדה-פחמנית עמוקה, אנרגיה, ומיניזציה של פסולת גרעינית, FBRs יציע שילוב ייחודי של פחמן-פחמן, מצמצם, מבססי-דלק, ייחודי, מצמצם את הפחתת כוח-פחמן-פחמן-פחמן-פחמן-פחמן-פחמן-פחמן-פחמן-פחמן-פחמן-פחמן-פחמן-פחמן-פחמן-פחמן-פחמן-פחמן-פחמן-פחמן-פחמן-פחמן-פחמן-פחמן-פחמן-פחמן-פחמן-פחמן-פחמן-פחמן-פחמן-פחמן-פחמן-פחמן-פחמן-פחמן-פחמן-פחמן-פחמן-פחמן-פחמן-פחמן-פחמן-פחמן-פחמן-פחמן-תועלת-פחמן-פחמן-פחמן-פחמן-פחמן-פחמן

הדור הנוכחי FBRs עדיין דורש השקעה ציבורית לגשר על הפער בין אבטיפוס לבין פריסה מסחרית.הניסיון של רוסיה מראה כי עם מדיניות עקבית ו R&D ייעודי, הטכנולוגיה יכולה להגיע לרמה מכובדת של מוכנות.הכישלונות בצרפת ויפן מלמדים אותנו כי קפיצים ענקיים בקנה מידה ללא אימות תפעולי יסודי להוביל לעומס יתר ואובדן ביטחון הציבור.

בסופו של דבר, ההחלטה להמשיך את FBRs תהיה מונעת לא על ידי חישובים עלות מופחתת, אלא על ידי חישוב רחב יותר הכולל עצמאות אנרגיה, ניהול פסולת ומטרות אקלים.כפי שהעולם מתמודד עם האתגרים התאומים של הביקוש לאנרגיה עולה ואת הצורך לרפא פליטות, כורים מהירים נשאר אחד המבטיחים ביותר - ומאתגר ביותר - תאוריות על השולחן.

[ה]התשובה המהירה של ה-FLT:0 [ה] לקריאה נוספת, [ה-]התגובה המהירה של ה-FLT] של ה-Essentation PortalFLT:2] מספקת מסד נתונים מקיף של ניסיון תפעולי ופרסומים מחקר.ה-FLT:3Geration International Forum of Law, 3,4: 4, המתאר גם את הפיתוח המתמשך של עיצובי כור מהיר של הדור הבא.